高考化学一轮复习 第6章 化学反应与能量 第2讲 原电池 化学电源课件.ppt

第2讲原电池化学电源 最新考纲 1 了解原电池的工作原理 能写出电极反应和电池反应方程式 2 了解常见化学电源的种类及其工作原理 考点一原电池的工作原理及应用 2 工作原理以铜锌原电池为例 1 反应原理 2 两个装置的比较 装置 中还原剂zn与氧化剂cu2 直接接触 易造成能量损耗 装置 盐桥原电池中 还原剂在负极区 而氧化剂在正极区 能避免能量损耗 3 原电池原理的三大应用 1 加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应 设计成原电池时反应速率增大 例如 在zn与稀h2so4反应时加入少量cuso4溶液能使产生h2的反应速率加快 2 比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时 一般作负极的金属比作正极的金属活泼 3 设计制作化学电源 首先将氧化还原反应分成两个半反应 根据原电池的反应特点 结合两个半反应找出正 负极材料和电解质溶液 如 根据反应2fecl3 cu 2fecl2 cucl2设计的原电池为 典例1 2015 新课标 卷 微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置 其工作原理如图所示 下列有关微生物电池的说法错误的是 a 正极反应中有co2生成b 微生物促进了反应中电子的转移c 质子通过交换膜从负极区移向正极区d 电池总反应为c6h12o6 6o2 6co2 6h2o 解析 a选项根据c元素的化合价的变化二氧化碳中c元素的化合价为最高价 4价 所以生成二氧化碳的反应为氧化反应 co2在负极生成 错误 b选项在微生物的作用下 该装置为原电池装置 反应速率比化学反应速率加快 所以微生物促进了反应的发生 正确 c选项原电池中阳离子向正极移动 所以质子通过交换膜从负极区移向正极区 正确 d选项电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应 正确 答案选a 答案 a 注意 原电池的正极和负极与电极材料的性质有关 也与电解质溶液有关 不要形成活泼电极一定作负极的思维定势 题组一原电池的构成及工作原理1 有关电化学知识的描述正确的是 a cao h2o ca oh 2 可以放出大量的热 故可把该反应设计成原电池 把其中的化学能转化为电能b 某原电池反应为cu 2agno3 cu no3 2 2ag 装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的kcl饱和溶液 c 原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成d 从理论上讲 任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池 解析 cao h2o ca oh 2不是氧化还原反应 kcl和agno3反应生成agcl沉淀易阻止原电池反应的发生 作电极的不一定是金属 如石墨棒也可作电极 答案 d 2 控制适合的条件 将反应2fe3 2i 2fe2 i2设计成如下图所示的原电池 下列判断不正确的是 a 反应开始时 乙中石墨电极上发生氧化反应b 反应开始时 甲中石墨电极上fe3 被还原c 电流表读数为零时 反应达到化学平衡状态d 电流表读数为零后 在甲中溶入fecl2固体 乙中的石墨电极为负极 解析 由图示结合原电池原理分析可知 fe3 得电子变成fe2 被还原 i 失去电子变成i2被氧化 所以a b正确 电流表读数为零时fe3 得电子速率等于fe2 失电子速率 反应达到平衡状态 d项在甲中溶入fecl2固体 平衡2fe3 2i 2fe2 i2向左移动 i2被还原为i 乙中石墨为正极 d不正确 答案 d 归纳提升 规避原电池工作原理的4个易失分点 1 原电池闭合回路的形成有多种方式 可以是导线连接两个电极 也可以是两电极相接触 2 只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能 3 电解质溶液中阴 阳离子的定向移动 与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路 4 无论在原电池还是在电解池中 电子均不能通过电解质溶液 题组二原电池原理的应用3 银质器皿日久表面会逐渐变黑 这是生成了ag2s的缘故 根据电化学原理可进行如下处理 在铝质容器中加入食盐溶液 再将变黑的银器浸入该溶液中 一段时间后发现黑色会褪去 下列说法正确的是 a 处理过程中银器一直保持恒重b 银器为正极 ag2s被还原生成单质银c 该过程中总反应为2al 3ag2s 6ag al2s3d 黑色褪去的原因是黑色ag2s转化为白色agcl 解析 铝质容器 变黑的银器及食盐溶液构成原电池装置 铝作负极 变质的银器作正极 负极反应式为al 3e al3 正极反应式为ag2s 2e 2ag s2 al3 与s2 在溶液中不能大量共存 能发生水解相互促进反应2al3 3s2 6h2o 2al oh 3 3h2s 故原电池总反应为2al 3ag2s 6h2o 6ag 2al oh 3 3h2s 故b项正确 c项错误 a项 原电池反应是自发进行的氧化还原反应 银器中ag2s被还 原成ag 质量减轻 a项错误 d项 黑色褪去的原因是黑色的ag2s转化为ag d项错误 答案 b 4 有a b c d e五块金属片 进行如下实验 a b用导线相连后 同时浸入稀h2so4溶液中 a极为负极 c d用导线相连后 同时浸入稀h2so4溶液中 电流由d 导线 c a c相连后 同时浸入稀h2so4溶液中 c极产生大量气泡 b d相连后 同时浸入稀h2so4溶液中 d极发生氧化反应 用惰性电极电解含b离子和e离子的溶液 e先析出 据此 判断五种金属的活动性顺序是 a a b c d eb a c d b ec c a b d ed b d c a e 解析 金属与稀h2so4溶液组成原电池 活泼金属为负极 失去电子发生氧化反应 较不活泼的金属为正极 h 在正极电极表面得到电子生成h2 电子运动方向由负极 正极 电流方向则由正极 负极 在题述原电池中 a b原电池 a为负极 c d原电池 c为负极 a c原电池 a为负极 b d原电池 d为负极 e先析出 e不活泼 综上可知 金属活动性顺序 a c d b e 答案 b 归纳提升 比较金属活泼性的 三种方法 1 根据原电池 一般情况下 负极大于正极 2 根据电解池 易得电子的金属阳离子 相应金属的活动性较弱 3 根据金属活动性顺序表 考点二化学电源 1 一次电池 碱性锌锰干电池 碱性锌锰干电池的工作原理如图 2 二次电池 以铅蓄电池为例 原电池中电极反应式的书写 1 如果题目给定的是图示装置 先分析正 负极 再根据正 负极反应规律写电极反应式 2 如果题目给定的是总反应式 可分析此反应中的氧化反应或还原反应 即分析有关元素化合价的变化情况 再选择一个简单变化情况写电极反应式 另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作数学中的代数式 用总反应式减去已写出的电极反应式即得结果 3 需要特别指出 对于可逆电池的反应 需要看清楚 充电 放电 的方向 放电的过程应用原电池原理 充电的过程应用电解原理 4 原电池电极反应式的书写一定要考虑介质的影响 可充电电池充电时电极与外接电源的正 负极如何连接 思考提示 典例2 2014 新课标 卷 2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系 下列叙述错误的是 a a为电池的正极b 电池充电反应为limn2o4 li1 xmn2o4 xlic 放电时 a极锂的化合价发生变化d 放电时 溶液中li 从b向a迁移 解析 图示所给出的是原电池装置 a项 由图示分析 金属锂易失电子 由原电池原理可知 含有锂的一端为原电池的负极 即b为负极 a为正极 故正确 b项 电池充电时为电解池 反应式为原电池反应的逆反应 故正确 c项 放电时 a极为原电池的正极 发生还原反应的是mn元素 锂元素的化合价没有变化 故不正确 d项 放电时为原电池 锂离子应向正极 a极 迁移 故正确 答案 c 题组一化学电源电极反应式的书写1 1 利用反应2cu o2 2h2so4 2cuso4 2h2o可制备cuso4 若将该反应设计为原电池 其正极的电极反应式为 2 以al和nio oh 为电极 naoh溶液为电解液组成一种新型电池 放电时nio oh 转化为ni oh 2该电池反应的化学方程式是 3 铝电池性能优越 al ago电池可用作水下动力电源 其原理如图所示 该电池反应的化学方程式为 4 ag2o2是银锌碱性电池的正极活性物质 其电解质溶液为koh溶液 电池放电时正极的ag2o2转化为ag 负极的zn转化为k2zn oh 4 写出该电池反应方程式 解析 2 由于naoh溶液的存在 al被氧化生成naalo2而不是生成al oh 3 故电池反应的化学方程式为 al 3nio oh naoh h2o naalo2 3ni oh 2 3 al ago电池中铝作负极 失去电子被氧化 在naoh溶液中生成naalo2 ago在正极得到电子被还原为ag 所以发生的电池反应是2al 3ago 2naoh 2naalo2 3ag h2o 4 放电时正极发生还原反应 负极发生氧化反应 反应的化学方程式为ag2o2 2zn 4koh 2h2o 2k2zn oh 4 2ag 答案 1 4h o2 4e 2h2o 2 al 3nio oh naoh h2o naalo2 3ni oh 2 3 2al 3ago 2naoh 2naalo2 3ag h2o 4 ag2o2 2zn 4koh 2h2o 2k2zn oh 4 2ag 2 以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写 1 酸性介质 如h2so4 负极 正极 总反应式 答案 ch4 8e 2h2o co2 8h 2o2 8e 8h 4h2och4 2o2 co2 2h2o 3 固体电解质 高温下能传导o2 负极 正极 总反应式 答案 ch4 8e 4o2 co2 2h2o2o2 8e 4o2 ch4 2o2 co2 2h2o 题组二新型化学电源3 2014 北京卷 下列电池工作时 o2在正极放电的是 解析 氢燃料电池中 负极上h2放电 正极上o2放电 a c d中均不存在o2放电 故选b 答案 b 4 zebra 蓄电池的结构如图所示 电极材料多孔ni nicl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔 下列关于该电池的叙述错误的是 a 电池反应中有nacl生成b 电池的总反应是金属钠还原三价铝离子c 正极反应为nicl2 2e ni 2cl d 钠离子通过钠离子导体在两电极间移动 解析 结合蓄电池装置图 利用原电池原理分析相关问题 a项 负极反应为na e na 正极反应为 nicl2 2e ni 2cl 故电池反应中有nacl生成 b项 电池的总反应是金属钠还原二价镍离子 c项 正极上nicl2发生还原反应 电极反应为nicl2 2e ni 2cl d项 钠在负极失电子 被氧化生成na na 通过钠离子导体在两电极间移动 答案 b 归纳提升 新型电池的有关判断 1 新型电池 放电 时正 负极的判断 2 新型电池 放电 时正极 负